MEERKAT
Der Radiohimmel über Südafrika
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
astronews.com
4. Dezember 2014

Radioastronomen freuen sich über die gelungene Finanzierung eines Empfängers für den gerade in Südafrika entstehenden Radioteleskopverbund MeerKAT. Die Forscher erhoffen sich von dem Empfänger ganz neue Einsichten etwa in die Physik der Pulsare und von anderen Phänomenen. Die Datenmengen, die dabei zu bewältigen sein werden, sind gewaltig.

Eine MeerKAT-Radioantenne und der afrikanische Nachthimmel. Bild: SKA South Africa[Großansicht]

Radioastronomie ermöglicht einen gegenüber dem sichtbaren Licht völlig unabhängigen Einblick in unser Universum. Sie erlaubt die Untersuchung von Objekten und Abläufen im Kosmos, die sonst nicht zugänglich sind; dadurch wird die Bearbeitung eines weiten Spektrums von Fragen zur Astrophysik und Fundamentalphysik möglich.

Eingegrenzt wird das Ganze durch die Empfindlichkeit der derzeitigen Radioteleskope, aber auch Faktoren wie Zugänglichkeit der Himmelsregionen, Zeit- und Frequenzauflösung, Datendurchsatz (bzw. Geschwindigkeit von Himmelskartierungen) und Komplementarität zu bereits bestehenden Einrichtungen spielen eine wichtige Rolle.

Zur Zeit gibt es eine Reihe von Initiativen, Fortschritte bei allen diesen Faktoren zu erreichen. Eine Entwicklung an vorderster Front stellt dabei das MeerKAT-Radioobservatorium in Südafrika dar, das nach seiner Fertigstellung ein Observatorium von Weltklasse darstellen wird. MeerKAT wird dabei sogar noch etwas empfindlicher sein als die größten beweglichen Einzelteleskope auf der Nordhalbkugel der Erde, das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg und das Green-Bank-Teleskop in West Virginia.

Darüber hinaus wird es eine räumliche Auflösung haben, vergleichbar mit einem Radioteleskop von acht Kilometern Durchmesser. Mit diesen Eigenschaften wird MeerKAT über ein enormes wissenschaftliches Potential verfügen. "Das MeerKAT-Empfängerprojekt an unserem Institut wird ein Empfangssystem bereitstellen, das in hervorragender Weise auf die Forschungsinteressen unserer Max-Planck-Wissenschaftler ausgerichtet ist", erläutert Gundolf Wieching, Leiter der Elektronikabteilung am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), wo der neue Empfänger gebaut wird. "Dadurch wird es uns möglich, das volle Potential des Empfängers auszunutzen und es bringt die Max-Planck-Astronomen in eine optimale Position, sich zukünftige Forschungseinrichtungen nutzbar zu machen."

Das bereits finanzierte Empfangssystem für einen Radiofrequenzbereich von 1,6 bis 3,5 GHz ermöglicht wissenschaftliche Untersuchungen, die in ein zentrales Interessensgebiet des MPIfR fallen. "Unsere Forschungsinteressen liegen im Bereich Fundamentalphysik mit Tests von Theorien der Gravitation und dem Nachweis von Gravitationswellen über Pulsarbeobachtungen", sagt Michael Kramer, Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung "Radioastronomische Fundamentalphysik". "Von dem neuen Empfängerprojekt erwarten wir uns einen vielfältigen wissenschaftlichen Fortschritt bei den Pulsaren, aber auch in anderen Bereichen der Astronomie."

Dies umfasst die Erforschung von dynamischen Veränderungen am Radiohimmel, etwa mit der Entdeckung von kurzzeitigen Radiostrahlungsausbrüchen in kosmologischen Entfernungen, sowie hochempfindliche Molekülspektroskopie des interstellaren Mediums oder hochauflösende Bilder von Radioquellen mit der Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Für jede dieser Forschungsrichtungen allein sind Beobachtungen mit MeerKAT schon extrem wünschenswert, zusammengenommen ergibt sich ein überzeugender Hintergrund für eine hervorragende Positionierung von Max-Planck-Astronomen in diesem hochaktuellen Forschungsbereich.

Zusätzlich zur Bereitstellung des Frontends wird das komplette Empfängerprojekt auch Design und Aufbau eines modernen digitalen Backend-Systems beinhalten; dadurch sollte MeerKAT zu einer Entdeckungsmaschine für Pulsare und andere zeitabhängige Phänomene in der Astrophysik werden. Der Empfänger wird am MPIfR entworfen und aufgebaut, in Zusammenarbeit mit Kollegen von den Universitäten in Manchester und Oxford.

"Dieses Projekt ist eine Bestätigung für die herausragende Qualität von MeerKAT und dem südafrikanischen Team, von dem das Teleskop entworfen und gebaut wurde", meint Bernie Fanaroff, der Direktor des SKA-Südafrika-Projekts. "Wir freuen uns über die starke und noch weiter wachsende Zusammenarbeit zwischen südafrikanischen und deutschen Forschern im Bereich Astronomie."

Der MPIfR-MeerKAT-Empfänger wird ein komplettes Empfangssystem darstellen, das aus einem Frontendsystem zur Datenaufnahme sowie einem Backendsystem zur Datenverarbeitung mit hoher Zeitauflösung bestehen wird. Die empfangenen Frequenzen liegen in einem Bereich zwischen 1,6 und 3,5 Gigahertz (GHz). Die aufgenommene Datenrate von 5,5 TeraBit/Sekunde entspricht 147 komplett beschriebenen DVDs pro Sekunde oder einer halben Million DVDs pro Stunde.

Bei einer derart gigantischen Datenmenge ist eine Online-Datenreduktion zwingend erforderlich, wofür wiederum eine sehr hohe Rechenleistung benötigt wird. Solche Ansprüche an die Technik führen zwangsläufig auch zu neuen technologischen Entwicklungen, die für zukünftige Instrumente auch über den Bereich der Radioastronomie hinaus eingesetzt werden können. Das Empfängerprojekt hat ein Gesamtvolumen von 11 Millionen Euro. Es wird von der Max-Planck-Gesellschaft finanziert.

MeerKAT ist ein komplett finanziertes Radio-Observatorium, das zur Zeit im nördlichen Teil von Südafrika errichtet wird. Es wird nach seiner Fertigstellung das größte und empfindlichste Radioteleskop auf der Südhalbkugel der Erde darstellen, bis Mitte des nächsten Jahrzehnts das Square Kilometre Array (SKA) unter Integration von MeerKAT in Betrieb gehen wird. MeerKAT wird aus insgesamt 64 Einzelantennen mit jeweils 13,5 Metern Durchmesser bestehen. Nach seiner Fertigstellung wird MeerKAT nahezu fünfmal empfindlicher sein als das 64-Meter-Parkes-Radioteleskop, das zur Zeit größte Radioteleskop auf der Südhalbkugel.